人们通常认为量子计算机的构建模块模仿了著名的思想实验“薛定谔的猫”，其中量子物理学本质上将一只猫悬浮在一个盒子里，处于生与死之间的模糊状态：只有当有人看起来在盒子里。现在，一家法国初创公司表示，通过尽可能模仿薛定谔的猫，它可以帮助超强大的量子计算机比之前想象的更快成为现实——亚马逊也在追求这一战略。

经典计算机通常打开或关闭晶体管以将数据符号化为 1 或 0。相比之下，量子计算机使用量子位（qubit），由于量子物理学的超现实性质，量子位可以以同时为 1 和 0 的叠加状态存在。这本质上让每个量子位同时执行两个计算。量子力学连接或纠缠的量子位越多，它们可以同时执行的计算就越多，达到指数级。

新策略依赖于所谓的“猫态”，这是一对截然不同的量子态，它们彼此截然相反，就像埃尔文·薛定谔曾经提出的著名的“活”和“死”猫科动物一样。

首先引起广泛关注的量子计算应用是密码破解。例如，许多现代密码学都依赖于经典计算机在解决诸如因式分解等数学问题时所面临的非凡困难。然而，使用Shor 的整数分解算法，量子计算机原则上甚至可以快速破解高度安全的 RSA-2048 加密。

然而，当前量子计算机的一个关键缺点是其内部运作容易出错。科学家可以通过利用冗余量子位来克服错误的操作来补偿这些高错误率。尽管如此，这些量子纠错策略通常需要较高的硬件开销。例如，对于每个有用的“逻辑”量子位，他们可能需要 1,000 多个冗余“物理”量子位。

另一种策略本质上是通过设计本质上稳定的抗错误量子位来关注质量而不是数量。最近，总部位于巴黎的法国初创公司Alice & Bob透露，其策略可以将 Shor 算法所需的量子比特数量削减 60 倍。

理论上，科学家可以使用量子系统的几乎任何状态对（例如，分子潜在的许多不同能级中的两个状态）对量子位进行编码。相比之下，爱丽丝和鲍勃的策略取决于所谓的“猫状态”，它由一对彼此截然相反的状态组成，就像原始薛定谔的猫所经历的生与死的状态一样。

研究人员发现，当量子位的状态从 1 翻转到 0 或相反时，基于猫状态的量子位对称为位翻转的常见错误源具有很强的抵抗力。当猫量子位在两个相反的相位之一之间切换时，这种方法确实使猫量子位更容易受到称为相位翻转的不同常见错误源的影响。然而，该公司指出，只需纠正一个常见错误源而不是两个，可以大大简化量子计算机的设计。

破解 RSA-2048 加密预计需要大约 2200 万个量子位。然而，研究人员计算出，使用猫态量子位，他们可以将这个数字降至 350,000。

Alice 和 Bob 正在研究的量子位是超导设备，很像谷歌、IBM和其他公司在其量子计算机中使用的量子位。具体来说，该启动依赖于可以在两种振荡状态之间波动的超导微波谐振器。

该公司与法国替代能源和原子能委员会合作，估算了在破译依赖于 600 位十进制数字长的巨大数字（RSA-2048 涉及的内容）时，其战略可能需要哪些硬件才能超越传统计算机。这个问题在传统超级计算机上的任何现实时间范围内都是不可能的，但可能会在不到一天的时间内成为足够大的量子计算机的牺牲品。

之前的研究表明，使用当今错误丛生的量子计算机，Shor 的算法需要大约2200 万个量子位才能破解 RSA-2048。相比之下，Alice 和 Bob 发现它只需要大约350,000个猫量子位即可完成相同的任务。

Alice & Bob首席执行官兼联合创始人 Théau Peronnin 表示：“不仅在硬件方面，而且在算法和架构方面仍然存在改进的空间。” “仍然有巨大的机会进一步减少运行这些代码所需的开销。”

该初创公司的目标是在今年年底前拥有一个 14 量子位系统，尽管 Peronnin 表示还需要至少六个月的时间来校准该系统。他表示，在接下来的几年里，该公司希望开发出一种能够实现一个逻辑量子位的 40 量子位设备，这是一种能够显示出指数级错误减少的系统。

该公司的猫态量子位目前在 10 秒内降解。该公司的目标是将这一时间缩短至 8 小时，然后缩短至 1 个月。

“目前还没有合适的无可争议的逻辑量子位，”佩罗宁说。“谷歌的最新实验正处于这一里程碑的门槛上——他们可以添加任意数量的量子位，虽然不会显示出改进，但也不会退化。为了让我们的团队开发出寿命非常长的逻辑量子位，我们需要 40 个猫量子位。”

目前，Alice & Bob 正在寻求进一步改进其猫量子比特。例如，该公司的设备显示位翻转时间约为10 秒，比以前的猫量子位快了约四个数量级，但该初创公司希望将其改进到至少 8 小时，甚至更像一个月，Peronnin 说。应对这一挑战的一种方法是保护量子计算机免受来自外太空的宇宙射线的影响，这可能导致基于超导量子位的量子计算机大约每 10 秒遭受一次灾难性错误。

Alice & Bob 还希望降低其猫量子位相翻转错误率。“我们有很多方法可以通过制造质量来提高这一点，但这还不是最先进的，”佩罗宁说。

Alice 和 Bob 面临的一个主要挑战是亚马逊如何利用Alice 和 Bob 团队的研究来帮助指导自己的猫量子位的开发。

“当我们第一次得知亚马逊正在研究猫量子比特时，显然，作为一家年轻的初创公司，我们的第一反应是大汗淋漓，”佩罗宁说。“但后来我们睡着了，意识到这可能是发生在我们身上最好的事情。我们不是在竞争谁会获胜；而是在竞争。这是猫量子位与其他可能的技术的比较，所以对我们来说，这是很好的外部验证。”

总而言之，“亚马逊是一个强大的竞争对手，我们正在共同推动这项技术的前沿，”佩罗宁说。“据我们所知，亚马逊尚未复制我们的结果，即使复制了，我们也可以稍后讨论一些知识产权。有这样的竞争真是太好了。我们感觉就像大卫对抗歌利亚，这确实让我们的团队充满了斗志。”